全面解析USB接口

邱元陽

編者按：信息時代，USB接口無處不在。試想，如果沒有了USB，我們的生活會發生什么改變？PC機、Pad、手機……無疑都將受到影響。在此，主持人和嘉賓將分兩期全面解析生活中的USB接口。

如果說哪一種接口形式在電腦及周邊設備上應用最為廣泛，那么當之無愧的就是USB接口。

USB即“通用串行總線（Universal Serial Bus）”，廣泛地應用于PC和相關領域。從486以后，USB接口就占據了PC端口的半壁江山。它們很快取代了曾經立下汗馬功勞的串口、并口，以及鍵盤、鼠標的PS/2接口，讓試圖崛起的eSATA一直抬不起頭，并進一步威脅到1394接口。在手機充電接口統一為USB之后，USB的優勢更為明顯，大有傲視群雄、一統天下之勢。

USB3.0規范發布之后，USB接口的傳輸速度再次躍升，USB接口不僅應用于各種PC外設、周邊設備、數碼產品、信息通訊產品，也成了事實上移動存儲的統一接口（如圖1）。

霧里看花：USB接口面面觀

幾乎每一臺電腦上，都有多個USB接口，分別位于機箱前面板和機箱后部，在筆記本電腦、多媒體音箱上，也都設置有USB接口。

USB接口幾乎應用到了所有可能的PC外設，甚至連有些電池都設計了USB接口（如圖2）。

有了接口就需要有相應的接頭來插入這些接口。根據要插入的接口的不同，USB的接頭也有各種形狀（如圖3）。

從類型上，USB接口分A型和B型，包括mini A型、mini B型，以及后來的Micro A型、Micro B型。從作用上，USB接口又分為插頭和插座兩種。

USB-A型插座（Standard-A）是用在主機上的（如電腦、手機），USB-B型插座（Standard-B）是用在外設上的（如打印機、數碼相機）。插頭常常是連接在電纜上的，用來插入設備的USB插孔，如手機數據線、相機數據線，以及不同的轉接線，兩端都是插頭。而USB延長線，往往一端是插頭，另一端是插座。

此外，在筆記本上還經常有USB與eSATA二合一的接口，以及具有關機充電功能的USB接口。

撥開迷霧：USB數據引腳定義

USB接口內部只有4根引腳，既能供電又能傳輸數據。根據接口的不同類型，其數據引腳的排列和定義也稍有不同。在普通型的USB接口（A、B型）中，有4個腳，排列如下頁圖4（接口朝向觀察者的正視圖）。

由于插頭和插座是對應插在一起的，因此它們的引腳排列順序正好相反。

USB-A型、USB-B型引腳功能如表1所示。

而迷你型的USB接口（mini-A型、mini-B型）卻有5個引腳。USB mini-B型插座和插頭引腳排列如下圖5所示。USB mini-A型與之類似。

USB mini-A型、mini-B型引腳功能如表2所示。

其中ID引腳用于在OTG功能中識別主從設備。由于mini-USB接口分mini-A、mini-B接口，如果設備僅僅是用做從設備，那么就使用B接口。USB控制器會根據ID腳的電平判斷是什么樣的設備插入，如果是高電平，則是B型插入，此時系統就使用主模式；如果ID為低電平，則是A型插入，系統使用HNP對話協議來決定哪個做主，哪個做從。

如果細看USB接口內的引腳，會發現它們長短不一：外邊兩個電源線的引腳明顯長一些，而中間兩根數據線的引腳卻短一些。這種設計是由USB的熱插拔特點決定的。當USB接頭插入時，較長的電源線引腳最先接通，然后數據引腳才會接通；而拔下時正好相反，較短的數據引腳最先斷開，最后才是電源的斷開。這樣處理保證了數據的安全，避免了在熱插拔時對數據的影響（如圖6）。

主機前面板的USB接線常常會讓新手頭痛。不同的機箱、不同的主板，它們的接線和接針各不相同，在更換主板時常常會出現USB接線錯誤的情形。這時候就需要從接線顏色、標識以及主板上接針的標記來正確判斷每一根接線。主板上的USB接針一般是兩組一起，有8針、9針、10針等不同排列，以9針的排列形式最為常見，對應前面板的兩個USB接口（如圖7）。每組USB接針有4根線，兩根電源線，兩根信號線，需要注意的是千萬不要把電源線接反了，否則會燒掉USB設備或者主板的南橋芯片。如果兩根信號線接反，就會出現“無法識別的USB設備”的提示。

搖身一變：USB的連接和轉換

眾多USB設備的出現，就會不可避免地出現如何連接它們的問題，這樣就有了各種各樣的連接線（如圖8）。

為了減少信號串擾，USB連線中的兩根數據線，一般是雙絞線的形式，但是長度較大時，仍然會造成信號大幅度衰減，所以USB連接線的長度一般不超過5米，較長的連接線會在一端套上磁環，以減少干擾。質量較好的USB延長線，可以支持15米的距離。

需要注意的是，手機上常用的數據線，因為同時具有USB充電功能，有時會與單純的充電線搞混，它們在外觀上是完全一樣的。不同的是，單純的充電線，里面只有兩根電源線，而沒有數據線，用這樣的連接線把手機接到電腦上時，只會顯示充電狀態，而不能進行數據傳輸。不過，即使是正常的USB數據線，有時用它們把手機接到電腦上也不能識別出手機上的存儲設備，這是因為，雖然數據線是通用的，但不同手機的USB驅動卻可能各不相同，而且，有些手機的操作系統中，需要開啟USB調試模式，才能連接電腦進行數據傳輸。

當USB設備較多而主機上的USB接口不夠用時，還可能會用到USB集線器（USB Hub）或分支器（如圖9）。因為USB本身支持菊花鏈方式連接，因此USB Hub實際上僅僅是電纜的分支，其中并沒有控制設備或芯片。這種連接在理論上最多可以支持到127個USB設備。

有些設備的USB數據電纜比較特殊，具有多接口多功能，如索尼相機的數據線，就較有代表性（如圖10）。endprint